Cтраница 4
Гидрогеназы, имеющие различную локализацию, вероятно, выполняют в клетке разные функции. Связанный с мембранами фермент не способен восстанавливать НАД, передает электроны непосредственно в дыхательную цепь на уровне флавопротеинов, хинонов или цитохрома Ъ и, таким образом, имеет отношение только к энергетическим процессам. Растворимая гидрогеназа переносит электроны на молекулы НАД 1, которые участвуют далее в различных биосинтетических реакциях. [46]
Если водородные бактерии содержат обе формы гидрогеназы, функции между ними четко разделены. В случае отсутствия у водородных бактерий цитоплазматической гидрогеназы возникает проблема получения восстановителя при хемолитоавтотрофном способе их существования. При функционировании только цитоплазматической гидрогеназы она выполняет обе функции: часть восстановительных эквивалентов с НАД Н2 поступает в дыхательную цепь, другая расходуется по каналам конструктивного метаболизма. Таким образом, из всех хемолитоав-тотрофных эубактерий только водородные бактерии с помощью определенной формы гидрогеназы могут осуществлять непосредственное восстановление НАД окислением неорганического субстрата. В электронтранспортную цепь электроны, следовательно, могут поступать с НАД Н2 или включаться на уровне переносчиков с более положительным окислительно-восстановительным потенциалом. [47]
Еще в 1942 г. обнаружено, что под действием света одноклеточные сине-зеленые водоросли в анаэробных условиях ( атмосфера, не содержащая и кислород) теряют способность выделять кислород и вместо него выделяют газообразный водород. Эти исследования, которые в дальнейшем стали развиваться в СССР, США [8, 525] и в ряде других стран, известны как свето-индуцированное разложение воды с выделением молекулярного водорода. Установлено, что гидрогеназа, содержащаяся в одноклеточной водоросли ( henedesmus), способна восстанавливать СО2 молекулярным водородом на свету, в темноте выделяет водород, когда воздух замещают азотом. Освещение ферментирующей водоросли в отсутствие СО2 увеличивало скорость выделения СО2 примерно в 10 раз. Таким образом, водоросли, как и некоторые микроорганизмы, содержат фермент - гидрогеназу и способны связывать молекулярный водород, который служит донором электронов в реакциях окислительного фосфорилирования, фиксации азота и др. In vitra гидрогеназа может катализировать и обратную реакцию - выделение водорода из воды, принимая электроны от достаточно сильного восстановителя. [48]
Следует отметить, что активация гидрогеназы у адаптированных водорослей не вызывает одновременно инактивацию системы, выделяющей кислород. Зти процессы абсолютно друг друга не исключают. В зависимости от условий, активности гидрогеназы и ферментных систем, участвующих в выделении кислорода, гложет доминировать тот или иной процесс. В - аэробных условиях происходит нормальный процесс фотосинтеза. [49]
Процессы получения водорода при помощи микроорганизмов интенсивно изучаются, предлагаются различные механизмы этого сложного превращения. Рассмотрим один из механизмов этого превращения для так называемой клостридиальной микробиологической системы. Процесс катализируется оксиредуктазой ферредоксина соли пировиноградной кислоты, фосфотранс-ацетилазой и гидрогеназой. Соль пировиноградной кислоты вначале соединяется с коферментным тиаминпирофосфатом ( ТПФ) и затем декарбокси-лируется. В результате этого получается промежуточный продукт гидрокси-этил - ТПФ, который окисляется до ацетил - ТПФ. Это окисление происходит совместно с восстановлением ферредоксина кофермента, который повторно окисляется гидрогеназой с получением водорода. [50]
Обе реакции протекают со сравнимыми скоростями и проявляют аналогичную чувствительность к ингибиторам. Было найдено, что в области низких концентраций скорость этих реакций пропорциональна концентрации бактерий или экстракта; кажущаяся энергия активации ( для P. По-видимому, в этой области лимитирующей стадией является химическая активация водорода гидрогеназой. [51]